Gerador magnetohidrodinâmico: dispositivo, princípio de funcionamento e finalidade

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Nem todas as fontes alternativas de energia no planeta Terra foram estudadas e aplicadas com sucesso até agora. No entanto, a humanidade está se desenvolvendo ativamente nessa direção e encontrando novas opções. Uma delas foi obter energia do eletrólito, que está em um campo magnético.

Efeito desenhado e origem do nome

Os primeiros trabalhos neste campo são atribuídos a Faraday, que trabalhou em condições de laboratório já em 1832. Ele investigou o chamado efeito magnetohidrodinâmico, ou melhor, estava procurando uma força motriz eletromagnética e tentou aplicá-la com sucesso. A corrente do rio Tamisa foi usada como fonte de energia. Junto com o nome do efeito, a instalação também recebeu seu nome - um gerador magnetohidrodinâmico.

Este dispositivo MHD converte diretamente umforma de energia em outra, ou seja, mecânica em elétrica. As características de tal processo e a descrição do princípio de sua operação como um todo são descritas em detalhes em magnetohidrodinâmica. O próprio gerador recebeu o nome dessa disciplina.

Descrição da ação do efeito

Primeiro de tudo, você deve entender o que acontece durante a operação do dispositivo. Esta é a única maneira de entender o princípio do gerador magnetohidrodinâmico em ação. O efeito é baseado no aparecimento de um campo elétrico e, claro, de uma corrente elétrica no eletrólito. Este último é representado por vários meios, por exemplo, metal líquido, plasma (gás) ou água. A partir disso podemos concluir que o princípio de funcionamento é baseado na indução eletromagnética, que utiliza um campo magnético para gerar eletricidade.

Acontece que o condutor deve cruzar com as linhas de força do campo. Esta, por sua vez, é uma condição obrigatória para que os fluxos de íons com cargas opostas em relação às partículas em movimento comecem a aparecer no interior do dispositivo. Também é importante observar o comportamento das linhas de campo. O campo magnético construído a partir deles se move dentro do próprio condutor na direção oposta daquela onde as cargas dos íons estão localizadas.

Definição e história do gerador MHD

A instalação é um dispositivo de conversão de energia térmica em energia elétrica. Aplica totalmente o acimaEfeito. Ao mesmo tempo, os geradores magnetohidrodinâmicos foram considerados ao mesmo tempo uma ideia bastante inovadora e inovadora, cuja construção das primeiras amostras ocupava as mentes dos principais cientistas do século XX. Logo, o financiamento para esses projetos acabou por razões que não são totalmente claras. As primeiras instalações experimentais já foram erguidas, mas seu uso foi abandonado.

Os primeiros projetos de geradores magnetodinâmicos foram descritos em 1907-910, no entanto, eles não puderam ser criados devido a uma série de características físicas e arquitetônicas contraditórias. Como exemplo, podemos citar o fato de que ainda não foram criados materiais que pudessem funcionar normalmente em temperaturas de operação de 2.500-3.000 graus Celsius em um ambiente gasoso. O modelo russo deveria aparecer em um MGDES especialmente construído na cidade de Novomichurinsk, localizada na região de Ryazan, próxima à usina do distrito estadual. O projeto foi cancelado no início dos anos 90.

Como o dispositivo funciona

O projeto e o princípio de operação dos geradores magnetohidrodinâmicos repetem, em sua maioria, os das variantes de máquinas comuns. A base é o efeito da indução eletromagnética, o que significa que uma corrente aparece no condutor. Isso se deve ao fato de este último cruzar as linhas do campo magnético dentro do dispositivo. No entanto, há uma diferença entre a máquina e os geradores MHD. Está no fato de que para variantes magnetohidrodinâmicas comocondutor é usado diretamente pelo próprio corpo de trabalho.

A ação também é baseada em partículas carregadas, que são afetadas pela força de Lorentz. O movimento do fluido de trabalho ocorre através do campo magnético. Devido a isso, existem fluxos de portadores de carga com direções exatamente opostas. Na fase de formação, os geradores MHD usavam principalmente líquidos ou eletrólitos condutores de eletricidade. Eram eles que eram o próprio corpo de trabalho. Variações modernas mudaram para plasma. Os portadores de carga para as novas máquinas são íons positivos e elétrons livres.

Projeto de geradores MHD

O primeiro nó do dispositivo é chamado de canal através do qual o fluido de trabalho se move. Atualmente, os geradores magnetohidrodinâmicos usam principalmente plasma como meio principal. O próximo nó é um sistema de ímãs que são responsáveis por criar um campo magnético e eletrodos para desviar a energia que será recebida durante o processo de trabalho. No entanto, as fontes podem ser diferentes. Tanto eletroímãs quanto ímãs permanentes podem ser usados no sistema.

Em seguida, o gás conduz eletricidade e aquece até a temperatura de ionização térmica, que é de aproximadamente 10.000 Kelvin. Após este indicador deve ser reduzido. A barra de temperatura cai para 2, 2-2, 7 mil Kelvin devido ao fato de aditivos especiais com metais alcalinos serem adicionados ao ambiente de trabalho. Caso contrário, o plasma não é suficientegrau eficaz, pois o valor de sua condutividade elétrica torna-se muito inferior ao da mesma água.

Ciclo de dispositivo típico

Outros nós que compõem o projeto do gerador magnetohidrodinâmico são melhor listados juntamente com uma descrição dos processos funcionais na sequência em que ocorrem.

1. A câmara de combustão recebe o combustível carregado nela. Agentes oxidantes e vários aditivos também são adicionados.
2. O combustível começa a queimar, permitindo a formação de gás como produto da combustão.
3. A seguir, o bico do gerador é ativado. Gases passam por ele, após o que se expandem, e sua velocidade aumenta até a velocidade do som.
4. A ação chega a uma câmara que passa um campo magnético por ela mesma. Em suas paredes estão eletrodos especiais. É aqui que os gases entram nesta fase do ciclo.
5. Então o corpo de trabalho sob a influência de partículas carregadas se desvia de sua trajetória primária. A nova direção é exatamente onde estão os eletrodos.
6. A fase final. Uma corrente elétrica é gerada entre os eletrodos. É aqui que o ciclo termina.

Classificações principais

Existem muitas opções para o dispositivo finalizado, mas o princípio de funcionamento será praticamente o mesmo em qualquer uma delas. Por exemplo, é possível lançar um gerador magnetohidrodinâmico em combustível sólido como produtos de combustão fóssil. Também como fonteenergia, vapores de metais alcalinos e suas misturas bifásicas com metais líquidos são usados. De acordo com a duração da operação, os geradores MHD são divididos em longo prazo e curto prazo, e o último - em pulsado e explosivo. As fontes de calor incluem reatores nucleares, trocadores de calor e motores a jato.

Além disso, há também uma classificação de acordo com o tipo de ciclo de trabalho. Aqui a divisão ocorre apenas em dois tipos principais. Os geradores de ciclo aberto possuem um fluido de trabalho misturado com aditivos. Os produtos da combustão passam pela câmara de trabalho, onde são limpos de impurezas no processo e liberados na atmosfera. Em um ciclo fechado, o fluido de trabalho entra no trocador de calor e só então entra na câmara do gerador. Em seguida, os produtos da combustão aguardam o compressor, que completa o ciclo. Depois disso, o fluido de trabalho retorna ao primeiro estágio no trocador de calor.

Principais características

Se a questão do que produz um gerador magnetohidrodinâmico pode ser considerada totalmente coberta, então os principais parâmetros técnicos de tais dispositivos devem ser apresentados. O primeiro deles em importância é provavelmente o poder. É proporcional à condutividade do fluido de trabalho, bem como aos quadrados da força do campo magnético e sua velocidade. Se o fluido de trabalho é um plasma com uma temperatura de cerca de 2-3 mil Kelvin, então a condutividade é proporcional a ele em 11-13 graus e inversamente proporcional à raiz quadrada da pressão.

Você também deve fornecer dados sobre a vazão eindução de campo magnético. A primeira dessas características varia bastante, variando de velocidades subsônicas a velocidades hipersônicas de até 1900 metros por segundo. Quanto à indução do campo magnético, depende do design dos ímãs. Se eles forem feitos de aço, a barra superior será definida em torno de 2 T. Para um sistema que consiste em ímãs supercondutores, esse valor aumenta para 6-8 T.

Aplicação de geradores MHD

O uso amplo de tais dispositivos hoje não é observado. No entanto, é teoricamente possível construir usinas com geradores magnetohidrodinâmicos. Existem três variações válidas no total:

1. Usinas de fusão. Eles usam um ciclo sem nêutrons com um gerador MHD. É costume usar plasma em altas temperaturas como combustível.
2. Usinas termelétricas. Um tipo de ciclo aberto é usado e as próprias instalações são bastante simples em termos de recursos de design. É esta opção que ainda tem perspectivas de desenvolvimento.
3. Usinas nucleares. O fluido de trabalho neste caso é um gás inerte. É aquecido em um reator nuclear em um ciclo fechado. Também tem perspectivas de desenvolvimento. No entanto, a possibilidade de aplicação depende do surgimento de reatores nucleares com temperatura do fluido de trabalho acima de 2 mil Kelvin.

Perspectiva do Dispositivo

A relevância dos geradores magnetohidrodinâmicos depende de vários fatores eproblemas ainda não resolvidos. Um exemplo é a capacidade de tais dispositivos gerarem apenas corrente contínua, o que significa que para sua manutenção é necessário projetar inversores suficientemente potentes e, além disso, econômicos.

Outro problema visível é a f alta de materiais necessários que possam funcionar por um tempo suficientemente longo em condições de aquecimento de combustível a temperaturas extremas. O mesmo se aplica aos eletrodos usados em tais geradores.

Outros usos

Além de funcionar no coração das usinas, esses dispositivos podem funcionar em usinas especiais, o que seria muito útil para a energia nuclear. O uso de um gerador magnetohidrodinâmico também é permitido em sistemas de aeronaves hipersônicas, mas até agora nenhum progresso foi observado nesta área.